量子計(jì)算基于物理學(xué)，使用不同的體系結(jié)構(gòu)，不僅運(yùn)算速度更快，而且還能完成更復(fù)雜的渲染，生成更細(xì)微的結(jié)果。普通計(jì)算機(jī)將信息存儲(chǔ)為 1 或 0，而量子計(jì)算機(jī)卻是使用量子糾纏和疊加（quantum entanglement and superposition），以不同的方式來(lái)處理信息。

 

　　例如，量子計(jì)算不僅能生成二進(jìn)制輸出，而且可以進(jìn)行更多的定性分析。它可以為同一個(gè)問(wèn)題提供多個(gè)答案，例如，將概率分配給不同的結(jié)果，而不是只提供單一的解決方案。

 

　　此外，量子計(jì)算使得包括機(jī)器學(xué)習(xí)在內(nèi)的人工智能應(yīng)用速度顯著提升。許多科技巨頭如微軟和谷歌等對(duì)量子計(jì)算長(zhǎng)期項(xiàng)目投資感興趣背后的重要原因，是建立一個(gè)全新基礎(chǔ)架構(gòu)的潛力。量子計(jì)算讓之前不切實(shí)際的計(jì)算和計(jì)算機(jī)思維變得可能，可以同時(shí)執(zhí)行比“可觀測(cè)宇宙中的原子數(shù)量”更多的計(jì)算。

 

　　在量子計(jì)算中，每一個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)都是唯一、自包含和編碼的。目前，數(shù)字計(jì)算只能有兩種狀態(tài)，開(kāi) / 關(guān)或是 / 否。

 

　　伯恩斯坦表示，由于量子計(jì)算可能成為高級(jí)密碼學(xué)的“游戲規(guī)則改變者”，因此阿倫·圖靈（Alan Turing）終于找到了旗鼓相當(dāng)?shù)幕锇?，解決以前無(wú)法破解的難題。

 

　　盡管報(bào)告中沒(méi)有具體提到比特幣，作為新架構(gòu)強(qiáng)大功能的例證，用現(xiàn)在的數(shù)字計(jì)算機(jī)可以在很短時(shí)間內(nèi)解決這種密碼難題。對(duì)于從事數(shù)字安全領(lǐng)域的人來(lái)說(shuō)，他們也有必要了解量子計(jì)算可以用來(lái)破解基于數(shù)學(xué)的數(shù)字安全協(xié)議這一事實(shí)。

 

　　伯恩斯坦的報(bào)告關(guān)注的是量子計(jì)算對(duì)社會(huì)具有積極影響的一面，例如量子計(jì)算機(jī)可以幫助確定癌癥病變，以及通過(guò)望遠(yuǎn)鏡和深空應(yīng)用收集的數(shù)據(jù)來(lái)發(fā)現(xiàn)類地行星。

 

　　隨著量子計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)改變技術(shù)格局的影響會(huì)越來(lái)越明顯，但是誰(shuí)能從中受益，以及如何實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，則可能會(huì)使這一領(lǐng)域獲得投資變得困難。

 

 

　　大公司可能會(huì)涉足量子計(jì)算，但不會(huì)很快影響他們的基礎(chǔ)業(yè)務(wù)。

 

　　伯恩斯坦認(rèn)為，那些正在開(kāi)發(fā)量子計(jì)算環(huán)境和軟件的公司可能會(huì)占有優(yōu)勢(shì)，但是這些投資可能需要耐心才能得到回報(bào)。

 

　　由于量子計(jì)算機(jī)使用的事“完全不同的”計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)，因此需要完全不同的開(kāi)發(fā)范例。這可能會(huì)給軟件公司創(chuàng)造“巨大的機(jī)會(huì)”，但是大家關(guān)注的焦點(diǎn)仍然還是是否有進(jìn)展。量子計(jì)算不太可能替代現(xiàn)有的數(shù)字計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)，而是被用于那些不需要對(duì)目前采用的整個(gè)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新編程，比較前沿的新型應(yīng)用程序。

 

　　現(xiàn)有的企業(yè)管理應(yīng)用程序（ERP）不太可能受到影響，因?yàn)榻o“完全不同”的架構(gòu)編寫(xiě)解決方案的成本，不會(huì)帶來(lái)相應(yīng)的投資回報(bào)，除非計(jì)算速度快到足以帶來(lái)快速的回報(bào)。預(yù)計(jì)將會(huì)產(chǎn)生變個(gè)性影響的應(yīng)用程序?qū)⑹桥c人工智能、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)分析等前沿領(lǐng)域領(lǐng)的程序。

 

　　雖然這些技術(shù)可能需要時(shí)間才能夠變現(xiàn)，但一旦開(kāi)始，競(jìng)爭(zhēng)將會(huì)變得激烈，供應(yīng)鏈中將出現(xiàn)早期的應(yīng)用。

 

 

　　科技巨頭是前沿科技的領(lǐng)跑者，在量子計(jì)算這一技術(shù)上也一樣。IBM、谷歌、Intel 和舊金山的一家創(chuàng)業(yè)公司 Rigetti 正在競(jìng)相建立各自的量子系統(tǒng)。這些機(jī)器利用量子物理學(xué)的違反直覺(jué)的特性，以與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)不同的方式處理信息。

 

　　今年 11 月，IBM 樹(shù)立了計(jì)算領(lǐng)域的一個(gè)里程碑，宣布建成一臺(tái)能夠處理 50 量子比特或量子位的量子計(jì)算機(jī)。該公司還在其云計(jì)算平臺(tái)上線了一個(gè) 20 量子比特的系統(tǒng)。

 

　　IBM 研究量子計(jì)算由來(lái)已久，該公司的研究人員創(chuàng)建了量子信息處理領(lǐng)域，并在該領(lǐng)域進(jìn)行了幾十年的基礎(chǔ)研究。在可用性量子系統(tǒng)方面，IBM 也取得了重大進(jìn)展，首先是實(shí)現(xiàn)云計(jì)算可以訪問(wèn)量子計(jì)算機(jī)，開(kāi)發(fā)相關(guān)的軟件工具，其次是證明一個(gè)簡(jiǎn)單的機(jī)器可以在化學(xué)等領(lǐng)域的用途。

 

　　近年來(lái)，谷歌對(duì)量子計(jì)算的興趣也大增。2017 年 10 月 24 日，繼開(kāi)源 tensorflow、caffe 等深度學(xué)習(xí)開(kāi)發(fā)框架后，谷歌在自己的官方博客上宣布，開(kāi)源量子計(jì)算軟件 OpenFermion，從而讓科學(xué)家更方便的使用量子計(jì)算機(jī)。

 

　　谷歌稱，這次開(kāi)放的是 OpenFermion 的源代碼，可供用戶免費(fèi)使用，化學(xué)家和材料學(xué)家可以利用谷歌軟件改編算法和方程，使之能在量子計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。事實(shí)上，谷歌開(kāi)源的做法也是量子計(jì)算機(jī)領(lǐng)域目前的趨勢(shì)，IBM、英特爾、微軟和 D-Wave 等公司都曾宣布開(kāi)放自己的量子計(jì)算平臺(tái)，使之能促進(jìn)量子計(jì)算的商業(yè)化運(yùn)行。

 

　　另外，在一篇發(fā)布于 Nature 的文章中，Google 發(fā)表了一份關(guān)于量子優(yōu)越性（quantum supremacy）的聲明，公開(kāi)了 Google 對(duì)于證明量子計(jì)算機(jī)擁有超越傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)任務(wù)執(zhí)行能力的計(jì)劃。計(jì)劃的關(guān)鍵點(diǎn)是建立 50 量子比特的量子計(jì)算器（50-qubit processors）來(lái)解決量子采樣問(wèn)題。

 

　　據(jù)《新科學(xué)人》（News Scientist）報(bào)道，Google 已經(jīng)成功地模擬 9 量子比特（9-qubit quantum）量子計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了量子采樣，目前正在積極打造一個(gè) 50 量子比特的量子計(jì)算機(jī)。 主要挑戰(zhàn)在于，隨著量子比特?cái)?shù)目的增加，如何能夠保持低誤碼率（error rate），這是也量子可擴(kuò)展性的主要問(wèn)題。 谷歌的工程師 Alan Ho 解釋說(shuō)，谷歌目前正在建立一個(gè)量子系統(tǒng)，預(yù)計(jì)能夠在年底前達(dá)到至少 99.7％的雙量子保真度（two-qubit fidelity）。

 

　　盡管 IBM 已經(jīng)建成一臺(tái)能夠處理 50 量子比特的量子計(jì)算機(jī)，但這并不意味著量子計(jì)算已經(jīng)可以被普遍采用。因?yàn)?IBM 開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)仍然和其他公司構(gòu)建的系統(tǒng)一樣非常挑剔且具有挑戰(zhàn)性。在 50 和 20 量子比特的系統(tǒng)中，量子態(tài)存在了 90 微秒，雖然打破了業(yè)界記錄，但時(shí)長(zhǎng)仍然十分短暫。

 

　　盡管如此，50 量子位系統(tǒng)的建成是量子計(jì)算機(jī)發(fā)展的重要標(biāo)志。迄今為止，其他建成的系統(tǒng)性能有限，只能完成一些在傳統(tǒng)的超級(jí)計(jì)算機(jī)上也可以進(jìn)行的計(jì)算。而一個(gè) 50 量子比特的機(jī)器可以做到非量子計(jì)算技術(shù)無(wú)法企及的任務(wù)。